功率半导体模块以及电力转换装置制造方法及图纸

提供一种能够抑制振铃的小型的功率半导体模块以及电力转换装置。功率半导体模块具备：作为正极侧功率半导体元件的正极侧开关元件(16P)及正极侧续流二极管(17P)、作为负极侧功率半导体元件的负极侧开关元件(16N)及负极侧续流二极管(17N)、正极导体图案(3a)、负极导体图案(3b)、交流电极图案(3c)、以及由形成有缓冲电路的绝缘基板(8)构成的缓冲基板。缓冲基板包含绝缘基板(8)和配置在该绝缘基板(8)的至少1个缓冲电路。缓冲基板配置在正极导体图案(3a)、负极导体图案(3b)、交流电极图案(3c)的至少任意一个上。

Power Semiconductor Module and Power Conversion Device

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】功率半导体模块以及电力转换装置
本专利技术涉及功率半导体模块以及电力转换装置，特别涉及具备抑制在开关时产生的振铃(ringing)的手段的功率半导体模块以及电力转换装置。
技术介绍
构成电力转换装置的以往的功率半导体模块中，主流是IGBT(InsulatedGateBipolarTransistor)模块。在这样的IGBT模块中，将以硅(Si)为材料的IGBT用作开关元件，将PIN二极管用作续流二极管。近年来，带隙比Si大的宽带隙半导体受到瞩目。例如，开发了使用碳化硅(SiC)作为宽带隙半导体的功率半导体模块。以下，作为宽带隙半导体，以SiC为例进行说明。由于SiC的绝缘击穿强度为Si的约10倍，因此，能够使IGBT等开关元件的漂移层的厚度为使用Si时的约1/10。因此，能够实现开关元件的低通态电压化。另外，使用SiC的开关元件能够在高温下工作，因此，通过将SiC用作功率半导体元件的材料，与以往的IGBT模块相比能够实现电力转换装置的进一步小型化、高效率化。在使用SiC作为功率半导体元件的材料的情况下，能够应用MOSFET(Metal-Oxide-SemiconductorFieldEffectTransistor)作为开关元件，应用肖特基势垒二极管(以下，SBD)作为续流二极管。作为应用了这样使用SiC作为半导体材料的器件(以下，也称为SiC器件)的功率半导体模块，开发了开关元件为使用Si作为半导体材料的IGBT(以下，也称为Si-IGBT)不变、将续流二极管置换为使用SiC作为半导体材料的SBD(以下，也称为SiC-SBD)的混合模块。之后，正在开发使用利用SiC的MOSFET(以下，也称为SiC-MOSFET)作为开关元件、使用SiC-SBD作为续流二极管的全SiC模块。目前，使用SiC器件的功率半导体模块正在稳步普及。在此，已知产生由构成功率半导体模块的续流二极管等元件的寄生电容(C)和该功率半导体模块的配线的寄生电感(L)导致的LC谐振所引起的称为振铃的现象。该振铃例如在使用SiC-SBD作为续流二极管的功率半导体模块中在开关动作时产生。若这样的振铃中的电压的峰值超过功率半导体模块的额定电压，则有可能造成功率半导体模块的破损。另外，振铃的电压可能成为噪声的原因，因此需要尽量抑制。特别是在使用了以SiC-MOSFET为代表的宽带隙半导体的开关元件中，为了最大限度地发挥能够进行高速的开关动作这一特长，振铃的抑制成为重要的课题。作为抑制振铃的手段之一，有缓冲电路的应用。例如，日本特开2013-222950号公报(专利文献1)公开的以往的功率半导体模块中，作为抑制振铃的手段而内置有缓冲电容器。另外，在日本特开平9-135155号公报(专利文献2)公开的功率半导体模块中，由电容器、电阻和二极管构成缓冲电路，将其中的电阻和二极管作为副基板安装在功率半导体模块内。现有技术文献专利文献专利文献1：日本特开2013-222950号公报专利文献2：日本特开平9-135155号公报
技术实现思路
专利技术要解决的课题在专利文献1的功率半导体模块中，缓冲电路仅由电容器构成，不包含电阻。在这样作为缓冲电路的构成要素而不包含电阻的情况下，虽然能够抑制振铃电压的峰值，但存在不能得到电压振荡的衰减效果的问题。另外，在专利文献2的功率半导体模块中，采用了将由电阻、电容器和二极管构成的缓冲电路、所谓的非充电型RCD缓冲电路作为副基板按照每个开关元件进行安装的结构。在该结构中，构成缓冲电路的元件较多，因此用于将这些元件安装在功率半导体模块内部的空间变大。结果，存在难以使电力转换装置小型化这样的问题。本专利技术是为了解决上述这样的问题而完成的，其目的在于提供一种能够抑制在开关元件的开关动作时产生的振铃的小型的功率半导体模块以及电力转换装置。用于解决问题的手段根据本公开的功率半导体模块具备至少1个正极侧功率半导体元件、至少1个负极侧功率半导体元件、正极导体图案、负极导体图案、交流电极图案、以及缓冲基板。正极导体图案安装有上述至少1个正极侧功率半导体元件。负极导体图案与上述至少1个负极侧功率半导体元件的负极侧电极连接。交流电极图案安装有上述至少1个负极侧功率半导体元件，并与上述至少1个正极侧功率半导体元件的负极侧电极连接。缓冲基板包含绝缘基板和配置在该绝缘基板的至少1个缓冲电路。缓冲基板配置在正极导体图案、负极导体图案、交流电极图案的至少任意一个上。至少1个缓冲电路与正极导体图案和负极导体图案连接。根据本公开的电力转换装置具备主转换电路和控制电路。主转换电路包含上述功率半导体模块，将输入的电力进行转换并输出。控制电路将控制主转换电路的控制信号输出到主转换电路。专利技术效果根据上述，缓冲基板以重叠的方式配置在正极导体图案、负极导体图案、交流电极图案的至少任意一个上，因此，与缓冲基板和正极导体图案及负极导体图案在平面上排列地配置的情况相比，能够减小配线的寄生电感而能够通过缓冲电路有效地抑制振铃，并且能够使功率半导体模块以及电力转换装置小型化。附图说明图1是表示本专利技术的实施方式1的电力转换装置中的电力转换电路的示意图。图2是表示本专利技术的实施方式1的功率半导体模块的截面构造的示意图。图3是表示本专利技术的实施方式1的功率半导体模块的平面构造的示意图。图4是表示本专利技术的实施方式1的功率半导体模块的缓冲基板的截面构造的示意图。图5是表示本专利技术的实施方式1的功率半导体模块的缓冲基板的平面构造的示意图。图6是表示本专利技术的实施方式1的功率半导体模块的变形例的截面构造的示意图。图7是表示本专利技术的实施方式2的功率半导体模块的截面构造的示意图。图8是表示本专利技术的实施方式2的功率半导体模块的缓冲基板的截面构造的示意图。图9是表示本专利技术的实施方式2的功率半导体模块的缓冲基板的平面构造的示意图。图10是表示本专利技术的实施方式3的功率半导体模块的截面构造的示意图。图11是表示本专利技术的实施方式3的功率半导体模块的缓冲基板的截面构造的示意图。图12是表示本专利技术的实施方式3的功率半导体模块的缓冲基板的平面构造的示意图。图13是表示本专利技术的实施方式4的功率半导体模块的截面构造的示意图。图14是表示本专利技术的实施方式4的功率半导体模块的缓冲基板的截面构造的示意图。图15是表示本专利技术的实施方式4的功率半导体模块的缓冲基板的平面构造的示意图。图16是表示本专利技术的实施方式5的电力转换电路中的1个支路的示意图。图17是表示本专利技术的实施方式5的电力转换电路的示意图。图18是表示本专利技术的实施方式6的电力转换系统的结构的框图。图19是表示通过内置缓冲电路来减小振铃电压的实验结果的图。具体实施方式以下，参照附图对本专利技术的实施方式进行详细说明。以下，虽然对多个实施方式进行说明，但从申请当初就预计适当组合各实施方式中说明的结构。此外，对图中相同或相当部分标注相同附图标记，不重复其说明。实施方式1＜功率半导体模块的结构＞图1是表示本专利技术的实施方式1的电力转换装置中的电力转换电路的示意图。图2是表示本专利技术的实施方式1的功率半导体模块的截面构造的示意图。图3是表示本专利技术的实施方式1的功率半导体模块的平面构造的示意图。图4是表示本专利技术的实施方式1的功率半导体模块的缓冲基板的截面构造的示意图。图5是表示本专利技术的实施方式本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种功率半导体模块，其中，具备：至少1个正极侧功率半导体元件；至少1个负极侧功率半导体元件；正极导体图案，其安装所述至少1个正极侧功率半导体元件；负极导体图案，其与所述至少1个负极侧功率半导体元件的负极侧电极连接；交流电极图案，其安装所述至少1个负极侧功率半导体元件并与所述至少1个正极侧功率半导体元件的负极侧电极连接；以及缓冲基板，所述缓冲基板包括：绝缘基板；以及至少1个缓冲电路，其配置在所述绝缘基板，所述缓冲基板配置在所述正极导体图案、所述负极导体图案、所述交流电极图案的至少任意一个上，所述至少1个缓冲电路与所述正极导体图案和所述负极导体图案连接。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2017.02.06 JP 2017-0192061.一种功率半导体模块，其中，具备：至少1个正极侧功率半导体元件；至少1个负极侧功率半导体元件；正极导体图案，其安装所述至少1个正极侧功率半导体元件；负极导体图案，其与所述至少1个负极侧功率半导体元件的负极侧电极连接；交流电极图案，其安装所述至少1个负极侧功率半导体元件并与所述至少1个正极侧功率半导体元件的负极侧电极连接；以及缓冲基板，所述缓冲基板包括：绝缘基板；以及至少1个缓冲电路，其配置在所述绝缘基板，所述缓冲基板配置在所述正极导体图案、所述负极导体图案、所述交流电极图案的至少任意一个上，所述至少1个缓冲电路与所述正极导体图案和所述负极导体图案连接。2.根据权利要求1所述的功率半导体模块，其中，所述功率半导体模块具备：第一接合线，其将所述至少1个缓冲电路与所述正极导体图案之间连接；以及第二接合线，其将所述至少1个缓冲电路与所述负极导体图案之间连接。3.根据权利要求1所述的功率半导体模块，其中，在所述绝缘基板形成通孔，所述功率半导体模块具备配置在所述通孔的内部并与所述至少1个缓冲电路连接的导体，所述导体与位于所述缓冲基板下的所述正极导体图案和所述负极导体图案的任意一方连接，并且，所述功率半导体模块具备将所述至少1个缓冲电路与所述正极导体图案和所述负极导体图案的任意另一方之间连接的接合线。4.根据权利要求1所述的功率半导体模块，其中，所述至少1个缓冲电路配置在所述正极导体图案和所述负极导体图案这双方之上，在所述绝缘基板中，在位于所述正极导体图案上的部分形成第一通孔，在位于所述负极导体图案上的部分形成第二通孔，所述功率半导体模块具备：第一导体，其配置在所述第一通孔的内部，与所述至少1个缓冲电路连接；第二导体，其配置在所述第二通孔的内部，与所述至少1个缓冲电路连接...

【专利技术属性】
技术研发人员：堀口刚司，宫崎裕二，柳本辰则，
申请(专利权)人：三菱电机株式会社，
类型：发明
国别省市：日本,JP